DE19936882A1 - Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
Fahrgastzelle eines KraftfahrzeugesInfo
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Abstract
Für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges mit Wandelementen, die einen zur Aufnahme von Fahrgästen dienenden Fahrzeuginnenraum begrenzen, soll eine Ausführungsform angegeben werden, die eine verbesserte Schallisolierungswirkung aufweist, ohne daß dazu ihre Masse vergrößert werden muß. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zumindest eines der Wandelemente eine solche Leichtbaustruktur aufweist und/oder aus einem solchen Leichtbaumaterial besteht, daß die Dichte des Wandelementes kleiner als die Dichte von Stahl ist, und daß dieses Wandelement so dimensioniert ist, daß es zum einen eine größere Biegesteifigkeit und zum anderen ein kleineres Gewicht als ein stattdessen anbringbares Wandelement aus Stahlblech aufweist, das eine für die Erfüllung üblicher Stabilitätsanforderungen erforderliche Biegesteifigkeit besitzt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeu
ges, insbesondere eines Personenkraftwagens mit Wandelemen
ten, die einen zur Aufnahme von Fahrgästen dienenden Fahrzeu
ginnenraum begrenzen.
Bei Fahrzeugen, insbesonderen bei Personenkraftfahrzeugen be
steht der Wunsch, den Fahrzeuginnenraum schallisolierend aus
zugestalten, um eine Lärmbelästung der Fahrzeuginsassen zu
vermeiden, wodurch der Fahrkomfort erheblich gesteigert wird.
Der im Fahrzeuginnenraum wahrnehmbare Schall dringt dabei
durch die den Fahrzeuginnenraum begrenzenden Wandelemente in
diesen ein. Derartige Wandelemente sind im wesentlichen Fahr
zeugscheiben, ein Fahrzeugboden, ein Fahrzeugdach, eine den
Fahrzeuginnenraum vom Motorraum trennende vordere Stirnwand
und eine den Fahrzeuginnenraum vom Kofferraum trennende hin
tere Stirnwand sowie Fahrzeugtüren.
Um den Schalleintritt durch die Fahrzeugscheiben zu reduzie
ren, wurden bereits schallisolierte, insbesondere doppelver
glaste Scheiben vorgeschlagen.
Ein beträchtlicher Anteil des von außen in den Fahrzeuginnen
raum eindringenden Schalls wird durch den Fahrzeugboden in
den Fahrzeuginnenraum übertragen. Um diese Schallübertragung
zu dämmen wird der Fahrzeugboden mit einem schallisolierenden
Bodenbelag versehen.
Die in der Akustik üblicherweise angewandten physikalischen
Massengesetze besagen, daß eine große Masse eine entsprechend
große Trägheit aufweist, so daß ein Körper mit einer großen
Masse nur relativ schwer zu Schwingungen angeregt werden
kann. Dies hat zur Folge, daß ein schwerer Körper relativ gu
te Dämmungseigenschaften aufweist. Konsequenterweise wird da
her ein herkömmlicher Bodenbelag möglichst schwer ausgebil
det, um die Gesamtmasse der aus Fahrzeugboden und darauf auf
gelegtem Bodenbelag gebildeten Fahrzeugbodengruppe zu erhö
hen, mit der Folge, daß dadurch die Schwingungserregung die
ser Fahrzeugbodengruppe reduziert und die Übertragung von
Schall in den Fahrzeuginnenraum gering gehalten werden kann.
Im Hinblick auf ein Kraftfahrzeug mit möglichst niedrigem
Kraftstoffverbrauch ergibt sich beim Wunsch, den Fahrkomfort
des Fahrzeuges nicht zu beeinträchtigen ein Konflikt, denn
eine wichtige Maßnahme zur Reduzierung des Kraftstoffverbrau
ches ist die Verringerung des Gesamtgewichtes des Fahrzeuges.
Wenn im Rahmen der Gewichtsreduzierung beispielsweise der
Fahrzeugboden statt aus Stahlblech aus einem Leichtmetall,
insbesondere aus einer Aluminiumlegierung hergestellt werden
soll, hat dies unter Berücksichtigung der vorgenannten Mas
sengesetze zur Folge, daß der leichtere Boden mehr Schall in
den Fahrzeuginnenraum überträgt. Um bei einem derartigen
Leichtbauboden diesen Verlust an Schalldämmung auszugleichen,
muß dieser Fahrzeugboden mit einem schwereren Bodenbelag aus
gestattet werden. Durch diese Maßnahme wird die durch die
Verwendung eines Leichtbaubodens theoretisch mögliche Ge
wichtseinsparung in der Praxis durch Komfortanforderungen be
trächtlich reduziert. Außerdem wird die Verwendung eines oh
nehin teureren Leichtbaubodens durch den notwendigen Einsatz
eines schwereren und somit gleichfalls teureren Bodenbelages
zusätzlich verteuert. Auf diese Weise ergibt sich eine wirt
schaftlich ungünstige Relation zwischen dem reduzierten
Kraftstoffverbrauch gegenüber den zusätzlich aufzubringenden
Herstellungskosten für das Fahrzeug.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
eine Fahrgastzelle der eingangs genannten Art anzugeben, die
eine verbesserte Schalldämmungswirkung aufweist, ohne daß da
zu ihre Masse vergrößert werden muß.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Fahrgastzelle
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, wenigstens
eines der Wandelemente biegesteifer auszubilden als dies für
die an dieses Wandelement gestellten Stabilitätsanforderungen
erforderlich ist, wobei das Wandelement durch eine Leicht
baustruktur und/oder aus einem Leichtbaumaterial gebildet
ist. Auf diese Weise kann das so gebildete Wandelement sowohl
biegesteifer als auch leichter als ein stattdessen montierba
res herkömmliches Wandelement aus Stahlblech ausgebildet wer
den. Gleichzeitig ergibt sich durch die erhöhte Steifigkeit
des Wandelementes eine verbesserte Schallisolierung für den
Fahrzeuginnenraum.
Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, daß der im Fahr
zeuginnenraum meßbare Schallpegel sich aus einem Luftschal
lanteil und aus einem Körperschallanteil zusammensetzt. Dabei
wird unter Luftschall derjenige Schall verstanden, der durch
Luftübertragung auf der Außenseite der Fahrgastzelle auf ein
Wandelement auftrifft, dieses zu Schwingungen anregt und von
diesem mehr oder weniger gedämmt auf der Innenseite der Fahr
gastzelle in den Fahrzeuginnenraum abstrahlt. Der auf die
Fahrgastzelle einwirkende Luftschall besteht im wesentlichen
aus dem außerhalb des Fahrzeuges herrschenden Geräuschpegel
und, insbesondere bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, aus ae
roakustischen Geräuschen aufgrund der Fahrzeugumströmung. Im
Unterschied dazu wird unter Körperschall derjenige Schall
verstanden, der innerhalb des Fahrzeuges von einer Körper
schallquelle erzeugt, in ein Wandelement eingeleitet und von
diesem in den Fahrzeuginnenraum abgestrahlt wird. Körper
schallquellen sind insbesondere alle mechanisch angetriebenen
Elemente des Fahrzeuges, wie z. B. Verbrennungsmotor, Getrie
be, Pumpen, Gebläse.
Während die schallisolierende Wirkung eines Wandelementes ge
genüber Luftschall aufgrund der dort ohne weiteres anwendba
ren Massengesetze sich proportional zur Masse des Wandelemen
tes verhält, sind die Massegesetze für die schallisolierende
Wirkung eines Wandelementes gegenüber Körperschall nicht ohne
weiteres anwendbar, vielmehr verhält sich die schallisolie
rende Wirkung des Wandelementes proportional zu dessen Biege
steifigkeit. Dies hat zur Folge, daß eine erhöhte Biegestei
figkeit bei einem Wandelement, eine bessere schallisolierende
Wirkung hinsichtlich Körperschall zur Folge hat. Wenn sich im
Fahrzeug z. B. zeigt, daß die Schallübertragung einer Teilflä
che, z. B. durch den Boden, vor allem durch die Anregung einer
Körperschallquelle, z. B. durch den Antriebsstrang, und viel
weniger durch eine Luftschallquelle, das ist insbesondere der
Schallaußenpegel unter dem Boden, bestimmt wird, dann darf
der Nachteil durch Leichtbau, der sich bei einer Luft
schallanregung vorwiegend in einer reduzierten lokalen Luft
schall-Dämmung des Bodens zeigt, gering eingestuft werden.
Um bei einem Bauteil die Biegesteifigkeit zu erhöhen, muß im
einfachsten Fall der Materialeinsatz, das heißt die Material
stärke vergrößert werden. Ein aus einem Leichtbaumaterial
hergestelltes Bauteil weist bei gleicher Materialstärke re
gelmäßig eine kleinere Biegesteifigkeit auf als ein bei
spielsweise aus Stahl hergestelltes Bauteil. Daß bei der Ver
wendung von Leichtbaumaterialien dennoch ein Bauteil her
stellbar ist, das einerseits leichter und andererseits biege
steifer als ein vergleichbares Bauteil aus Stahlblech ist,
ergibt sich aus folgendem, zumindest für plattenförmige Bau
teile bzw. Wandelemente geltende Zusammenhang:
B ~ E . d3,
wobei:
B = Biegesteifigkeit des Wandelementes,
E = E-Modul des Wandmaterials,
d = Wandstärke.
B = Biegesteifigkeit des Wandelementes,
E = E-Modul des Wandmaterials,
d = Wandstärke.
Aus vorgenanntem Zusammenhang ergibt sich ohne weiteres, daß
ein kleinerer E-Modul eines Leichtbaumaterials leicht durch
eine etwas vergrößerte Materialstärke ausgeglichen bzw. über
kompensiert werden kann, um eine größere Biegesteifigkeit zu
erhalten. Je nach Auswahl des verwendeten Leichtbaumaterials
verbleibt daher auch nach einer vergrößerten Materialstärke
ein Gewichtseinsparungspotential.
Wenn beispielsweise ein Wandelement aus Aluminium statt aus
Stahl hergestellt wird, ergibt sich, wenn das Aluminiumwande
lement so dimensioniert wird, daß es erfindungsgemäß eine hö
here Biegesteifigkeit aufweist als erforderlich, zunächst ei
ne geringere Gewichtseinsparung als bei kleinerer Biegestei
figkeit. Jedoch hat die durch die erhöhte Biegesteifigkeit
verbesserte schallisolierende Wirkung zur Folge, daß weniger
zusätzliche Dämmaterialen verwendet werden müssen, um den er
wünschten Schallpegel im Fahrzeuginnenraum einzuhalten. Da
diese zusätzlichen Dämmaterialien selbst ein hohes Gewicht
aufweisen können, wie z. B. der Bodenbelag des Fahrzeugbodens,
ergibt sich dadurch eine Gewichtseinsparung. Aufgrund dieser
Wechselwirkung kann durch die Verwendung eines erfindungsge
mäß ausgestalteten Leichtbauwandelementes insgesamt etwa die
selbe oder sogar eine größere Gewichtseinsparung erzielt wer
den als bei der Verwendung eines Leichtbauwandelementes, das
in herkömmlicher Weise lediglich hinsichtlich der Stabili
tätsanforderungen dimensioniert ist.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
kann das Wandelement in einem Bereich der Fahrgastzelle ange
ordnet sein, in dem eine Kopplung der Fahrgastzelle mit einer
Körperschallquelle des Fahrzeuges vorliegt. Da das erfin
dungsgemäß dimensionsierte Wandelement hinsichtlich seiner
schallisolierenden Wirkung gegenüber Körperschall verbessert
ist, kann in einem derartigen Bereich durch dieses Wandele
ment eine besonders große Gewichtseinsparung bei gleichzeiti
ger Verbesserung der schallisolierenden Wirkung erzielt wer
den. Insbesondere bei einem Personenkraftwagen bildet die An
triebsachse des Fahrzeuges eine Körperschallquelle, die nicht
vollständig von der Fahrgastzelle entkoppelt werden kann.
Dementsprechend wird das erfindungsgemäß ausgestaltete Wand
element vorzugsweise in einem der Antriebsachse des Fahrzeu
ges zugewandten Bereich der Fahrgastzelle angeordnet.
Ein besonders großes Gewichtseinsparungspotential sowie eine
besonders große Verbesserung der schallisolierenden Wirkung
kann dann erreicht werden, wenn das erfindungsgemäß ausge
staltete Wandelement entsprechend einer Weiterbildung als
Fahrzeugboden oder als ein Teil des Fahrzeugbodens, der der
Antriebsachse des Fahrzeuges zugewandt ist, ausgebildet ist.
Leichtbaumaterialien, aus denen das Wandelement vorzugsweise
gebildet werden kann, sind Leichtmetalle, zum Beispiel Alumi
nium, Leichtmetallegierungen, zum Beispiel Aluminiumlegierun
gen, Faserverbundkunststoffe, Glasfaserkunststoffe oder Koh
lefaserkunststoffe sowie deren Laminate. Als Leichtbaustruk
tur wird für das Wandelement eine Sandwich-Konstruktion be
vorzugt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen
Fahrgastzelle ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der
Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je
weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi
nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschrei
bung näher erläutert.
Die einzige Fig. 1 zeigt einen schematisierten Längsschnitt
durch einen dem Fahrzeugboden zugeordneten Bereich einer
Fahrgastzelle.
Entsprechend Fig. 1 ist ein Fahrzeugboden 1 einer im übrigen
nicht dargestellten Fahrgastzelle aus mehreren Wandelementen
2, 3 und 4 zusammengesetzt. Der dargestellte Bereich des
Fahrzeugbodens 1 ist dem Fondbereich eines Personenkraftwa
gens zugeordnet, in dem in einem Fahrzeuginnenraum 5 Fondsit
ze 6 angeordnet sind. Die Fondsitze 6 sind auf dem Wandele
ment 4 montiert, das in herkömmlicher Weise aus einem Stahl
blech hergestellt ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel soll der Personenkraft
wagen einen Frontmotor und einen Heckantrieb aufweisen. Wie
obenstehend angeführt bildet die Antriebsachse, hier also die
Heckachse, des Fahrzeuges eine Körperschallquelle, die mit
der Fahrgastzelle zur Übertragung von Schallwellen mehr oder
weniger stark gekoppelt ist. Die Einleitung des Körperschalls
in die Fahrgastzelle erfolgt hier im Bereich des den Fondsitz
6 stützenden Wandelementes 4 und ist durch einen Pfeil 7 sym
bolisch dargestellt.
Vom Wandelement 4 aus Stahlblech wird der Körperschall auf
das bei 8 damit, zum Beispiel durch Vernieten oder Verschwei
sen, verbundene Wandelement 3 übertragen. Dieses Wandelement
3 ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, daß seine Biegestei
figkeit B größer ist als es für die Erfüllung der an das Wan
delement 3 gestellten Stabilitätsanforderung erforderlich
ist. Da das Wandelement 3 jedoch so aufgebaut ist, daß seine
Dichte kleiner als die Dichte von Stahl ist (beispielsweise
besteht das Wandelement 3 aus Aluminium), kann das Wandele
ment 3 trotz seiner größeren Wandstärke leichter sein als ein
entsprechendes, an die Stabilitätsanforderungen angepaßtes
Wandelement aus Stahlblech. Aufgrund der erhöhten Biegestei
figkeit B kann der vom Wandelement 4 aus Stahl in das Leicht
bauwandelement 3 eingeleitete Körperschall dieses weniger
stark zu Schwingungen anregen, so daß sich bei dem im Fahr
zeuginnenraum 5 meßbaren Schallpegel der Körperschallanteil
reduziert.
An einem von der Körperschallquelle abgewandten Ende schließt
an das Leichtbauwandelement 3 das Wandelement 2 an, das wie
der in herkömmlicher Weise aus Stahlblech hergestellt sein
kann. Ebenso ist es möglich, daß sich das erfindungsgemäß
ausgebildete Wandelement 3 bis in den Bereich einer vorderen
Stirnwand der Fahrgastzelle hineinerstreckt, die den Fahrzeu
ginnenraum 5 von einem Motorraum abtrennt. Anstelle eines Ma
terialwechsels zwischen dem Wandelement 3 und dem Wandelement
2 kann ebenso lediglich die Biegesteifigkeit B bzw. die Mate
rialstärke im Bereich des Wandelementes 2 soweit reduziert
sein, daß die an das Wandelement 2 gestellten Stabilitätsan
forderungen erfüllt sind. Auf diese Weise wird für die Fahr
gastzelle eine Aufbau erreicht, der lediglich in Bereichen
der Körperschalleinleitung diesbezüglich optimierte Wandele
mente 3 aufweist, während in den übrigen Bereichen, in denen
eine Isolierung gegenüber Luftschall von größerer Bedeutung
ist, die Wandelemente in herkömmlicher Weise ausgebildet wer
den können.
Die Wandelemente 2 und 4 bestehen aus Stahlblech und sind
hier in herkömmlicher Weise nur hinsichtlich der an sie ge
stellten Stabilitätsanforderungen dimensioniert. Ein Wandele
ment aus Stahlblech, das statt dem erfindungsgemäßen Leicht
bauwandelement 3 am Fahrzeugboden anbringbar ist, hätte daher
dieselbe Dicke wie die Wandelemente 2 und 4. In Fig. 1 ist
die Wandstärke des Leichtbauwandelemenes 3 übertrieben groß
dargestellt, um die Unterschiede zwischen den herkömmlichen
Wandelementen 2 und 4 und dem Leuchtbauwandelement 3 besser
herauszustellen.
Andere Wandelemente, die ebenfalls den Fahrzeuginnenraum 5
begrenzen und sich in besonderer Weise für die erfindungsge
mäße Ausgestaltung eignen, sind beispielsweise eine Querträ
gerwand 9 im Fußraum des Fondbereiches, die eine Sitzschale
10 zum Fahrzeuginnenraum 5 hin am Fahrzeugboden 1 abstützt,
sowie eine hintere Stirnwand 11, die den Fahrzeuginnenraum 5
von einem nicht dargestellten Kofferraum trennt.
Claims (6)
1. Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines
Personenkraftwagens, mit Wandelementen (2, 3, 4, 9, 11), die ei
nen zur Aufnahme von Fahrgästen dienenden Fahrzeuginnenraum
(5) begrenzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eines der Wandelemente (3) eine derartige Leichtbaustruktur und/oder aus einem derartigen Leichtbauma terial besteht, daß die Dichte des Wandelementes (3) kleiner als die Dichte von Stahl ist, und
daß dieses Wandelement (3) derart dimensioniert ist, daß es zum einen eine größere Biegesteifigkeit (B) und zum anderen ein kleineres Gewicht als ein stattdessen anbringbares Wande lement aus Stahlblech aufweist, das eine für die Erfüllung üblicher Stabilitätsanforderungen erforderliche Biegesteifig keit (B) besitzt.
daß zumindest eines der Wandelemente (3) eine derartige Leichtbaustruktur und/oder aus einem derartigen Leichtbauma terial besteht, daß die Dichte des Wandelementes (3) kleiner als die Dichte von Stahl ist, und
daß dieses Wandelement (3) derart dimensioniert ist, daß es zum einen eine größere Biegesteifigkeit (B) und zum anderen ein kleineres Gewicht als ein stattdessen anbringbares Wande lement aus Stahlblech aufweist, das eine für die Erfüllung üblicher Stabilitätsanforderungen erforderliche Biegesteifig keit (B) besitzt.
2. Fahrgastzelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses Wandelement (3) in einem Bereich der Fahrgastzelle
angeordnet ist, in dem eine Kopplung der Fahrgastzelle mit
einer Körperschallquelle des Fahrzeuges vorliegt.
3. Fahrgastzelle nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses Wandelement (3) in einem der Antriebsachse des
Fahrzeuges zugewandten Bereich der Fahrgastzelle angeordnet
ist.
4. Fahrgastzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses Wandelement (3) als Fahrzeugboden (1) oder als der
Antriebsachse des Fahrzeuges zugewandter Teilbereich des
Fahrbodens (1) ausgebildet ist.
5. Fahrgastzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses Wandelement (3) aus Leichtmetall, zum Beispiel
Aluminium, oder aus Leichtmetallegierung, zum Beispiel Alumi
niumlegierung, oder aus einem faserverstärkten Kunststoff
(FVK), z. B. einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder
einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK), oder aus einem
FVK-, GFK- oder CFK-Laminat gebildet ist.
6. Fahrgastzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses Wandelement (3) eine Sandwich-Konstruktion auf
weist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999136882 DE19936882B4 (de) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999136882 DE19936882B4 (de) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19936882A1 true DE19936882A1 (de) | 2001-02-22 |
DE19936882B4 DE19936882B4 (de) | 2004-11-18 |
Family
ID=7917268
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1999136882 Expired - Fee Related DE19936882B4 (de) | 1999-08-05 | 1999-08-05 | Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19936882B4 (de) |
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DE102011119246A1 (de) | 2011-11-22 | 2013-05-23 | Daimler Ag | Leichtbauelement für eine Karosserie |
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1999
- 1999-08-05 DE DE1999136882 patent/DE19936882B4/de not_active Expired - Fee Related
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US9016775B2 (en) | 2011-11-22 | 2015-04-28 | Daimler Ag | Lightweight construction element for a vehicle body |
Also Published As
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---|---|
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